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隧道建设(中英文) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (8): 1659-1675.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2026.08.007
王旭阳1, 2, 杨衢媛1, 金大龙2, 沈翔3, 袁大军2
WANG Xuyang1, 2, YANG Quyuan1, JIN Dalong2, SHEN Xiang3, YUAN Dajun2
摘要: 针对盾构掘进位姿控制试验中负载模拟与控制算法验证需求,研制一套集成负载模拟、高精度测量与控制算法验证功能的盾构掘进位姿控制试验平台,并开展基于模型预测控制(MPC)算法的位姿控制试验。平台采用机械、液压、电控、软件一体化设计,构建由六油缸非均布推进系统、正面负载模拟系统、盾周负载模拟系统及综合测控系统组成的试验体系; 其中,采用“液压油缸+弹簧阻尼器”组合方案协同模拟正面负载与盾周约束,控制层通过LabVIEW与MATLAB混编实现MPC控制器在线求解。主要结论如下: 1)研发的试验平台可满足位姿控制试验需求; 2)MPC控制器可基于当前实测状态对未来位姿响应进行多步预测,并通过“反馈校正-滚动优化”的方式实现前瞻性纠偏调节; 3)均匀负载条件下,盾体推进速度总体平稳,俯仰角和偏航角均围绕0°附近小幅波动,而在非均匀负载工况下MPC控制器能够根据位姿偏差趋势及时调整分区油缸推力,有效抑制了俯仰角和偏航角偏差,为复杂负载工况下盾构掘进位姿控制提供了试验验证和方法参考。